Open karakter pc-gebaseerde besturing ideaal voor Industrie 4.0

De pc-gebaseerde besturingstechnologie van Beckhoff onderscheidt zich al jaren door permanente ontwikkeling en talrijke innovaties. Ter gelegenheid van het twintigjarig bestaan van de Beckhoff-branche in Zwitserland praat Herbert Högger, hoofd besturingstechnologie bij het Zwitserse Bruderer, als ‘klant van het eerste uur’ over de nauwe samenwerking en de technologische voordelen van pc-gebaseerde besturingen.

Stefan Ziegler is redactiemanager pers bij Beckhoff Automation.

27 maart

Bruderer is gespecialiseerd in automatische stansmachines en aanvoerapparaten. Wat zijn de speciale eisen voor het gebruik van deze machines?

Herbert Högger: ‘Onze machines worden hoofdzakelijk gebruikt voor de massaproductie van gestanste producten. Overal waar maximale beschikbaarheid en precisie bij hoge en lage slagfrequenties vereist zijn, vind je ons terug. Bij toeleveranciers van de automobielindustrie, bij de productie van connectoren voor de elektronica-, elektro- of computerindustrie, en van onderdelen van uurwerken, of metalen verpakkingen voor de voedingsindustrie, om maar enkele voorbeelden te noemen. Van doorslaggevend belang is een constant hoge productkwaliteit met de hoogst mogelijke output. Voorwaarden hiervoor zijn enerzijds een hoge mechanische precisie en anderzijds een goed presterende besturingstechnologie. Alleen zo kunnen 2300 stansbewegingen per minuut worden bereikt. Aangezien in één beweging vaak meervoudige stansdelen kunnen worden geproduceerd, betekent dat een output van meerdere duizenden delen per minuut.’

Beckhoff Bruderer
Als sinds 1999 levert Bruderer automatische stanspersen met pc-gebaseerde besturingstechnologie en een klantspecifiek bedieningspaneel van Beckhoff.

Wanneer besloot u om deze hoge eisen te realiseren met een pc-gebaseerd besturingssysteem?

Högger: ‘Oorspronkelijk gebruikten we in onze machines een plc die was geïntegreerd in een cnc, maar dat product werd in 1996 stopgezet. We wilden niet overschakelen op een klassieke plc vanwege de relatief hoge kosten en de conventionele besturingsprogrammering op basis van instructielijsten. Op een beurs maakten we toen voor het eerst kennis met een pc-gebaseerd besturingssysteem, dat met Visual Basic of Structured Text kon worden geprogrammeerd en dat ook aanzienlijke voordelen bood, vooral bij de ontwikkeling van een visualisatie. Omdat de onderliggende hardware afkomstig was van Beckhoff, kwamen we uiteindelijk in contact met deze Duitse leverancier.’

In mei 1997 ondertekenden de partijen een samenwerkingsovereenkomst. ‘In principe is dit contract vandaag nog steeds geldig, wat een teken is van de langdurige, vertrouwensvolle en nauwe samenwerking’, zegt Högger. ‘Daarnaast zijn er twee belangrijke factoren: de continuïteit van contactpersonen die nog altijd bij Beckhoff werken, en de ondanks alle groei nog steeds familiaire klant-leverancierrelatie.’

Hoe belangrijk zijn direct contact en support?

‘Een intensief contact en snelle en ongecompliceerde support zijn voor ons zeer wezenlijk. Met Beckhoff werkte dit vanaf het begin heel goed. Zowel op technisch als op persoonlijk vlak is er een uitstekende samenwerking met Beckhoffs Zwitserse specialisten en – bij meer specifieke vragen – met de productontwikkelaars in Duitsland. Bij uitdagingen, die zich vrijwel altijd voordoen als je een machine ontwikkelt, voelen we ons door Beckhoff nooit alleen gelaten. Dit geldt ook voor de implementatie van specifieke vereisten. We hebben nooit veel overtuigingskracht nodig voor de ontwikkeling of aanpassing van een Beckhoff-product. Daarbij profiteren zij van onze kennis van industrie en machines, die ze vaak ook voor andere toepassingen kunnen inzetten.’

Hoe ontwikkelde de technische samenwerking zich in het begin?

‘Stanstechnologie was toen nog vrij nieuw voor Beckhoff, waardoor we veel van elkaar konden leren. Allereerst hebben we een specificatie opgesteld. Daarin definieerden we de voor automatische stansmachines vereiste technologische functies, zoals gereedschapsbeveiliging en drukkrachtbewaking, en natuurlijk de machinebesturing. Beckhoff slaagde met vlag en wimpel voor deze lakmoesproef, terwijl het met tweeduizend stansslagen per minuut, telkens onderverdeeld in 360 graden, toch een hele technische uitdaging was. Het eerste prototype van het nieuwe besturingssysteem werd al in 1998 voltooid. In april 1999 hebben we de eerste machine geleverd.’

‘Door de openheid van Beckhoffs besturingen ten opzichte van de it-wereld kunnen alle moderne technologieën gemakkelijk worden gebruikt’, zegt Herbert Högger, hoofd besturingstechnologie bij Bruderer.

In hoeverre heeft deze machine zich in de praktijk bewezen?

‘De installatie heeft haar waarde bewezen bij een fabrikant van toetsenborden, en dat doet ze nog steeds. Ze is nog steeds in gebruik en dat zegt wel wat over de kwaliteit van zowel de machine als de besturingstechnologie. Bovendien is het een bewijs van de robuustheid en langetermijnbeschikbaarheid van de besturingstechnologie van Beckhoff. Afgezien van een tussentijdse software-update loopt de machine nog in haar oorspronkelijke staat. En mocht de gebruikte industriële pc toch uitvallen, dan kunnen we hem probleemloos vervangen door een ipc die zowel mechanisch als wat betreft interfaces compatibel is. Door de technische ontwikkeling zouden we bovendien profiteren van meer computerpower. Het is geen toeval dat we de afgelopen twintig jaar enkele duizenden systemen met Beckhoff-besturing hebben kunnen leveren.’

Welke fundamentele voordelen biedt een pc-gebaseerde besturing?

‘Zo’n oplossing is veel meer dan een eenvoudig te begrijpen en overzichtelijke machinebesturing. Als centraal en intelligent controlecentrum bedient ze de volledige productiecel en kan ze bovendien met een groot aantal netwerken communiceren. Dit is helemaal van belang omdat een modern machinebesturingssysteem ook dient als communicatie-eenheid met andere machines, als verbindingsinterface met erp-systemen, als gegevensopslag voor diagnosetoepassingen en gereedschapsbeheer en als basis voor gegevensanalyse, cloudverbindingen en toekomstige ai-toepassingen. In tegenstelling tot een conventionele cnc- of plc-besturing is een pc-gebaseerde besturing probleemloos uit te breiden en kan ze zonder veel moeite via versiebeheer en software-upgrades worden geüpdatet. Bovendien wordt op die manier ook continuïteit geboden. We kunnen nog steeds support leveren voor de eerste machines en indien nodig vervangende onderdelen aanbieden.’

Hoe belangrijk is de technische ontwikkeling en de innovatiekracht van besturingstechnologie?

‘Die zijn net zo belangrijk als consistentie en compatibiliteit. Enerzijds willen onze klanten op lange termijn dezelfde software gebruiken, met eenvoudige update-opties. Anderzijds moeten ook technische innovaties, zoals de integratie van meettechnologie of Industrie 4.0-concepten, implementeerbaar zijn. Belangrijk is dat alle mogelijkheden openstaan, maar een technologiesprong moet ook op het juiste moment en consequent kunnen worden geïmplementeerd. We onderzoeken momenteel bijvoorbeeld de overstap van Twincat 2 naar Twincat 3. Onze primaire focus ligt daarbij op de voordelen voor onze klanten. Met andere woorden: bij een herprogrammering moet al onze bestaande knowhow worden meegenomen en het softwareconcept worden aangepast om de voordelen van Twincat 3 ten volle te kunnen benutten. Denk aan objectgeoriënteerd programmeren, multicoreondersteuning en cloudtechnologieën.’

Hoe belangrijk is de openheid van pc-gebaseerde besturingen?

‘Met pc-gebaseerde besturingstechnologie kunnen dankzij de openheid ten opzichte van de it-wereld alle actuele technologieën gemakkelijk worden gebruikt. Dit biedt aanzienlijke voordelen, bijvoorbeeld bij de implementatie van horizontale en verticale communicatie binnen een productielocatie. Bovendien is de pc-gebaseerde besturing open voor wat betreft de gebruikte buscommunicatie, zodat naast Ethercat ook andere veldbussystemen zonder dure aanpassingen van het besturingsprogramma kunnen worden geïntegreerd.’

Een recente stansmachine van Bruderer uit de BSTA-serie (BSTA 810, links) en de eerste stansmachine BSTA 500 met Beckhoff-besturing uit 1999 (rechts) Foto: Bruderer

Gaat de samenwerking verder dan het productportfolio?

‘Jazeker’, antwoordt Högger. ‘Dat was voor ons twintig jaar geleden al een van de spannende vragen. We leveren immers aan industrietakken met een machinelevenscyclus van dertig jaar en langer. Zelfs vijftig jaar zou geen probleem mogen zijn als de mechanica en de bedrading in de tussentijd worden gecontroleerd en vernieuwd. In deze context profiteren we enorm van de Beckhoff-filosofie met langdurig beschikbare producten en technologische knowhow, die loopt tot en met de productie van moederborden. Hierdoor is gegarandeerd dat ook na tien of twintig jaar dezelfde terminal of dezelfde ipc – of in elk geval een compatibel product – nog steeds beschikbaar is. Hetzelfde geldt voor de software; we kunnen ongewijzigd met Twincat blijven werken, zelfs al worden nieuwe Windows-besturingssystemen of interfaces ondersteund.’

In hoeverre hebben pc-gebaseerde besturingen bijgedragen aan de ontwikkeling van uw automatische stansmachines?

‘Toen we in 1999 de eerste hogesnelheidspers met pc-besturingstechnologie van Beckhoff uitrustten, was een van de highlights de mogelijkheid om de slaghoogte tijdens het bedrijf aan te passen. Dankzij de krachtige ipc-technologie kunnen we zelfs bij meer dan tweeduizend slagen per minuut de stansbeweging in het µm-bereik corrigeren. Alleen zo kunnen bij hogesnelheidspersen met hun hoge centrifugale krachten de dynamische effecten worden gecompenseerd. Naast de gestegen besturingsprestaties hebben we vanaf het begin geprofiteerd van het feit dat de technologie ook gemakkelijk kan worden ingezet voor oudere systemen. Bij een retrofit krijgt de operator dus dezelfde moderne functionaliteit zonder dat hij de gebruikersinterface hoeft te wijzigen. Bovendien zijn we er bij Beckhoff zeker van dat we over een flexibel en een open systeem beschikken, waarmee alle gevestigde technologieën en ontwikkelingen ook in de toekomst kunnen worden gebruikt.’

Heeft u baat gehad bij de ontwikkeling van Ethercat?

‘Voor ons is het door Beckhoff ontwikkelde Ethercat nog steeds de beste veldbustechnologie op de markt. Daarom zijn we vanaf het begin betrokken geweest bij de Ethercat Technology Group. Ultrasnelle datacommunicatie is bijvoorbeeld belangrijk bij gereedschapsbeveiliging en perskrachtbewaking, omdat daarbij meerdere sensoren tegelijkertijd moeten worden geraadpleegd. Vandaag werken we met cyclustijden van 50 µs, wat niet mogelijk zou zijn zonder het razendsnelle Ethercat. Van dit technologievoordeel zullen we ook in de toekomst nog lang profiteren. Daardoor is het namelijk niet nodig om intelligente apparaten decentraal in de installatie te plaatsen en een complexe communicatie tussen deze componenten op te bouwen. Het controlesysteem blijft efficiënt en overzichtelijk. Bovendien kunnen in een centrale structuur nieuwe – zelfs complexe – functies zoals envelope curve-bewaking of machinevision veel eenvoudiger worden geïntegreerd in de besturing.’

Op welke gebieden ziet u ontwikkelmogelijkheden voor de toekomst?

‘We houden ons wat dat betreft vooral bezig met gegevensanalyse en -evaluatie en met voorspellend onderhoud. Op dit gebied is Beckhoff bijzonder innovatief, bijvoorbeeld met Twincat Analytics en Twincat Machine Learning. Ook de geïntegreerde meettechnologie is belangrijk. Vooral de zeer nauwkeurige Ethercat-meetmodules bieden veel potentie voor een verdere verbetering van de bewerkingsprecisie. Onze machines zijn namelijk zo robuust gebouwd dat de mechanica ondanks de hoge stanskrachten niet uitzet. Tegelijkertijd moet de uitzetting worden gemeten om de uitgeoefende kracht exact te kunnen bepalen. Hiervoor staat slechts een zwak meetsignaal ter beschikking, dat zelfs bijna onder de ruisgrens ligt. Met de meetmodules van de ELM-reeks kan dit signaal echter goed worden gedetecteerd.’